苜蓿收獲機(jī)的設(shè)計-牧草收割機(jī)【三維SW】【含3張CAD圖紙+PDF圖】

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Works設(shè)計軟件進(jìn)行設(shè)計和繪圖，初步完成了整機(jī)的設(shè)計并整理出圖紙。 關(guān)鍵詞：苜蓿；割草機(jī)；往復(fù)式切割器；偏心撥禾輪 目 錄 1 引言 1 1.1 本課題研究的背景、目的 1 1.2 牧草機(jī)械的研究現(xiàn)狀 2 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 2 2 收獲機(jī)整體方案的確定 3 2.1 收獲對象的特點及其對割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求 3 2.2 方案的確定 3 3 立式割臺的設(shè)計 4 4 割草壓扁機(jī)撥禾裝置的設(shè)計研究 4 4.1 撥禾輪的類型 4 4.2 撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 4 5 割草壓扁機(jī)切割系統(tǒng)的分析研究 6 5.1 切割器的選擇 6 5.2 切割壓扁機(jī)壓扁系統(tǒng)的設(shè)計研究 8 6 割草壓扁機(jī)傳動系統(tǒng)的分析研究 8 6.1 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計及主軸轉(zhuǎn)速確定 8 6.2 傳動比及參數(shù)的確定 9 6.3 功率需求和傳動效率的確定 10 6.4 傳動設(shè)計計算 11 7 軸的設(shè)計計算 13 總 結(jié) 18 致 謝 19 參考文獻(xiàn) 20 塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計 1 引言 1.1 本課題研究的背景、目的 1.1.1 研究背景 隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,畜牧業(yè)早已從副業(yè)變?yōu)橹鳂I(yè),作為畜牧業(yè)基礎(chǔ)的草業(yè)在生產(chǎn)中的地位隨之提升,成為種植業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要組成部分；經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，也帶來了農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的惡化,植被覆蓋的重要性引起重視,牧草的的生態(tài)功能也逐漸被人們接受和利用。國內(nèi)外生產(chǎn)實踐證明，飼草生產(chǎn)要實現(xiàn)高效益可持續(xù)發(fā)展，必須滿足兩個條件：一是經(jīng)營規(guī)模足夠大；二是生產(chǎn)加工要實現(xiàn)機(jī)械化。因此大力發(fā)展我國飼草生產(chǎn)機(jī)械裝備，實現(xiàn)飼草生產(chǎn)機(jī)械化，在我國的畜牧業(yè)發(fā)展中具有特殊的地位和重要的現(xiàn)實意義。但是，牧草收獲機(jī)械化水平低，設(shè)備陳舊不能滿足收獲需求，有時還需要人工收割，使牧草產(chǎn)量和品質(zhì)下降，缺乏牧草收獲機(jī)械，已阻礙了草產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 目前，我國關(guān)于牧草收獲機(jī)械的研究正處在利用引進(jìn)和自主研發(fā)階段，我國自主生產(chǎn)的割草機(jī)一般不帶壓扁輥，仿形能力也比較差，像紅三葉、苜蓿等豆科飼草的收獲，大多數(shù)都是采用國外的機(jī)器。國外的切割壓扁機(jī)價格高，對配套條件要求高，不符合我國現(xiàn)階段的國情。 因此，考慮到我國的人工草場多為中小型的，準(zhǔn)備設(shè)計一種能夠用中型拖拉機(jī)驅(qū)動使用的切割收獲機(jī)。 1.1.2 研究目的 苜蓿是豆科牧草，含有較多的膠體物質(zhì)和較少的碳水化合物而不易青貯，刈割的苜蓿必須及時干燥，否則就會發(fā)霉變質(zhì)甚至腐爛，致使動物無法食用。青干草是草產(chǎn)品流通的主要形式，同時也是發(fā)展綠色畜牧業(yè)的重要的蛋白質(zhì)資源。目前，已開發(fā)的牧草產(chǎn)品有草粉、草顆粒、草塊、草餅、草捆、葉塊、葉粒和濃縮葉蛋白等。牧草產(chǎn)品在國際、國內(nèi)均具有非常廣闊的市場，亞洲已成為世界上最大的苜蓿產(chǎn)品進(jìn)口市場，年總需求量240—255萬噸，其中，紫花苜蓿是生產(chǎn)量和銷售量最大的牧草產(chǎn)品。 優(yōu)質(zhì)青干草獲得的條件之一牧草調(diào)制。飼草收割后，不經(jīng)過調(diào)制處理，田間自然干燥，在陽光的直射下和體內(nèi)酶的共同作用下，所含的胡蘿卜素、維生素、葉綠素等大部分被分解掉，總物質(zhì)損失在20%～30％，維生素?fù)p失在50%以上，還有如果不經(jīng)調(diào)制處理，加長了在田間的干燥時間，影響后續(xù)作業(yè)，加大了牧草被雨淋的概率，雨淋后飼草營養(yǎng)損失更大。 經(jīng)過壓扁的牧草的干燥時間明顯縮短。為使苜蓿草能適時刈割，提高苜蓿在田間晾曬時的干燥速度，又要保證苜蓿莖和葉的干燥速度達(dá)到基本同步，必須研制割草壓扁機(jī) 1.1.3 研究的意義 畜牧業(yè)發(fā)展程度是一個國家技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。畜牧業(yè)發(fā)達(dá)國家采用先進(jìn)技術(shù)機(jī)械裝備進(jìn)行種植、生產(chǎn)，因而能保證種植和收獲質(zhì)量，保護(hù)草原生態(tài)環(huán)境，提高了種植和生產(chǎn)的效率，大幅度地增加居民收入。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國天然牧草品種超過二十種，草原面積多達(dá)33億畝，草山坡地超過10億畝，約占國土總面積的41.7%，我國的草原和坡地上的牧草難以收割，大部分只能用放牧的形式進(jìn)行利用，利用效率很低。隨著人工種植牧草規(guī)模不斷增加，畜牧業(yè)的快速增長，畜牧業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)正不斷調(diào)整。高速發(fā)展的畜牧業(yè)具有保持生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長以及綠化美化環(huán)境等特點，因而牧草種植業(yè)正在逐步成為農(nóng)業(yè)及農(nóng)村經(jīng)濟(jì)新的增長點和突破點，其己具備發(fā)展成為一個新興產(chǎn)業(yè)的潛質(zhì)。 1.2 牧草機(jī)械的研究現(xiàn)狀 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀 國外對牧草壓扁技術(shù)的研究已有80多年的歷史，牧草切割壓扁技術(shù)在北美以及歐洲地區(qū)已經(jīng)有非常成熟的經(jīng)驗，割草壓扁機(jī)的種類也非常多。目前，國外的牧草收獲機(jī)械都采用壓扁技術(shù)來縮短牧草的干燥時間，從而獲得優(yōu)質(zhì)青干草。國外20世紀(jì)30年代，就已經(jīng)開始發(fā)展牧草的壓扁技術(shù)，壓扁機(jī)開始出現(xiàn)并且逐漸應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，這種壓扁機(jī)工作原理是將割草機(jī)割下的牧草撿拾起來，同時給壓扁鋪放。對于牧草，一般切割后立即壓扁效果最好，失水的牧草不易被壓扁且易纏繞，另外壓扁機(jī)是單向作業(yè)的，壓扁機(jī)收獲牧草增了收獲機(jī)型。 進(jìn)入20世紀(jì)60年代，能夠同時完成切割、壓扁、集攏鋪條的切割壓扁機(jī)開始生產(chǎn)應(yīng)用，經(jīng)過研究和發(fā)展，切割壓扁機(jī)技術(shù)日漸成熟，大多數(shù)牧草收獲機(jī)械都使用切割壓扁機(jī)，其中代表性的是美國和加拿大生產(chǎn)的往復(fù)式的切割壓扁機(jī)、歐洲各國生產(chǎn)的旋轉(zhuǎn)式的切割壓扁機(jī)。 進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，畜牧業(yè)發(fā)達(dá)的國家，開始把高新技術(shù)運(yùn)用到牧草收獲機(jī)械中，大大的提高了切割壓扁機(jī)的高效、復(fù)合作業(yè)，機(jī)器的生產(chǎn)率、通用性、適應(yīng)性顯著提高，隨著電子和液壓等先進(jìn)技術(shù)大量采用，對操作的舒適性、割茬高度的一致性等等方面大大改進(jìn)。國外先進(jìn)的切割壓扁機(jī)的種類非常多，如約翰?迪爾公司、紐荷蘭公司、克拉斯公司生產(chǎn)的切割壓扁機(jī)。 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 我國草業(yè)機(jī)械化事業(yè)起步較晚、發(fā)展緩慢，牧草機(jī)械化生產(chǎn)水平低。20世紀(jì)40～50年代，只是生產(chǎn)一些仿制的機(jī)械化和半機(jī)械化牧草收獲機(jī)具。 20世紀(jì)60～80年代，國家開始重視畜牧業(yè)生產(chǎn)，畜牧業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化方向開始注意引進(jìn)、消化、吸收國外先進(jìn)的技術(shù)，牧草生產(chǎn)機(jī)械化從單向作業(yè)到注重成套作業(yè)發(fā)展。 20世紀(jì)80～90年代自主發(fā)展階段，國家一系列政策的實施，農(nóng)牧民的生產(chǎn)積極性空前高漲，開始大量購買牧草收獲機(jī)械，極大促進(jìn)了牧草機(jī)械的生產(chǎn)研究，這一時期國內(nèi)生產(chǎn)的割草機(jī)一般都不帶壓扁機(jī)并且仿形效果也不好，進(jìn)口的切割壓扁機(jī)占據(jù)著大部分市場。 21世紀(jì)以來，國家加大了對畜牧業(yè)的支持力度，一些國內(nèi)的畜牧機(jī)械生產(chǎn)商，開始投入資金和科研，開始生產(chǎn)切割壓扁機(jī)，達(dá)到了國外90年代的水平。代表機(jī)型有新疆機(jī)械研究院生產(chǎn)的牽引式和自走式割草壓扁機(jī)，上海世達(dá)爾現(xiàn)代農(nóng)機(jī)公司生產(chǎn)的割草壓扁機(jī)等。 1.3 課題研究內(nèi)容和方法 1.3.1 研究內(nèi)容 （1）研究不同類型的撥禾輪對牧草收獲的影響因素，研究確定撥禾輪系統(tǒng)的參數(shù)和結(jié)構(gòu)尺寸。 （2）研究不同類型切割器對牧草切割質(zhì)量的影響因素，研究確定切割器的類型和切割器參數(shù)。 （3）研究不同類型壓扁輥對牧草壓扁效果的影響規(guī)律，研究確定壓扁類型和結(jié)構(gòu)尺寸。 （4）根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作要求設(shè)計確定傳動方案、傳動比和總的功耗。 1.3.2 研究方法 利用檢索方法迸行中外文獻(xiàn)資料收集。 國內(nèi)外部分牧草收獲機(jī)械調(diào)查研究。 利用機(jī)械設(shè)計理論進(jìn)行計算。 利用計算機(jī)軟件(Auto CAD和Solid Works)進(jìn)行設(shè)計，繪制圖紙。 2 收獲機(jī)整體方案的確定 2.1 收獲對象的特點及其對割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求 2.1.1 收獲對象的特點 收獲對象為紫花苜蓿，紫花苜蓿是世界上栽培最早、面積最廣，最重要的飼草原料之一，它屬于豆科牧草，不僅產(chǎn)草量高，草質(zhì)優(yōu)良，而且富含蛋白質(zhì)、多種維生素和礦物質(zhì)，其干物質(zhì)中粗蛋白含量為15%～25%，相當(dāng)于豆餅的一半，比玉米高1～1.5倍，有“牧草之王”的美稱。紫花苜蓿是多年生豆科牧草，每年可多次收割且適口性好，收獲量大，具有很好的飼用價值，可做精飼料作用品。苜蓿這類含有較多的膠體性物質(zhì)和較少的碳水化合物，不適合青貯，收割后如果不采取任何措施而自然干燥，容易受到微生物的作用而腐敗變質(zhì)，使動物的適口性變差，因此，苜蓿收獲需采用割草壓扁機(jī)來進(jìn)行收獲。 2.1.2 收獲對象對割草壓扁機(jī)機(jī)械性能的要求 為滿足紫花苜蓿的收獲要求，所設(shè)計的割草壓扁機(jī)應(yīng)滿足以下技術(shù)要求： 適時收獲。由于紫花苜蓿的最佳收割時間為孕蕾期，這個時間只有10～15天，收獲過早會降低牧草的產(chǎn)量，收獲過遲，苜蓿中的蛋白質(zhì)和胡蘿卜素大量流失而降低苜蓿的營養(yǎng)成分，降低適口性，降低產(chǎn)品質(zhì)量，同時還會影響苜蓿的次年生長。 提高牧草收獲量，割茬高度適當(dāng)。在不影響下一階段或者第二年生長的情況下，應(yīng)盡量降低割茬的高度，因此，切割器應(yīng)緊貼地面，并能夠很好的適應(yīng)地形的起伏變化。 由于牧草稠密多汁需要低割，因此，切割器的切割速度要比收割谷物時要快。往復(fù)式割草機(jī)割刀運(yùn)動的平均速度為1.6～2.0m/s，紫花苜蓿的最低切割速度要大于1.6m/s。 壓扁輥的壓力要適中。對苜蓿來說，最佳情況是90％的莖桿被輕微壓扁，而葉片不破損。壓輥壓力過大，除增大功率消耗和加快零件的磨損外還會導(dǎo)致葉子干燥過快，當(dāng)莖桿晾干時葉子會從桿上脫落，從而造成苜蓿營養(yǎng)損失。 在天然牧場工作時，割草壓扁機(jī)的工作條件比較惡劣，刃口應(yīng)具有自磨性能（采用齒紋刃），刀具應(yīng)具有保護(hù)裝置。 割下來的牧草能均勻鋪放在地面上，且厚度應(yīng)適當(dāng)，易于干燥。 結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)先進(jìn)。 2.2 方案的確定 割草壓扁機(jī)按照切割部件的結(jié)構(gòu)分類，可分為往復(fù)式切割壓扁機(jī)和圓盤式切割壓扁機(jī)；按照行走動力驅(qū)動方式分類，可分為自走式、牽引式、懸掛式；按照壓扁方式進(jìn)行分類，有橡膠輥、鋼輥和捶片式之分。根據(jù)上述牧草對切割壓扁機(jī)性能的要求，收集、分析以往使用經(jīng)驗以及國外同類產(chǎn)品最新技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，借鑒了其它切割壓扁機(jī)的設(shè)計原理方案，確定了該割草壓扁機(jī)的設(shè)計方案和總體結(jié)構(gòu)，包括動力機(jī)構(gòu)、動力傳送系統(tǒng)、控制機(jī)構(gòu)以及刀頭裝置等。 其工作原理為：割草壓扁機(jī)結(jié)合動力時，通過減速器和傳動機(jī)構(gòu)，驅(qū)動撥禾輪、切割器以及壓扁輥轉(zhuǎn)動。隨著拖拉機(jī)的前進(jìn)，分禾器先將收割與不割的牧草分開，然后撥禾輪將要割的牧草撥入割臺，同時將切割器割下的牧草撥禾輪推入壓輥，被壓扁的牧草形成一定形狀的草條鋪放于四輪車的車輪中間，完成收獲的全過程。 3 立式割臺的設(shè)計 割臺是苜蓿壓扁收獲機(jī)的重要組成部分，是機(jī)器的核心部件之一。本割臺采用立式，具有以下功能：苜蓿切斷、輸送，壓扁，給輸送裝置輸入動力，給輸送裝置、壓扁裝置提供安裝平臺。 立式割臺主要部件包括切割器、分禾撥禾器、壓扁輥。 4 割草壓扁機(jī)撥禾裝置的設(shè)計研究 4.1 撥禾輪的類型 撥禾輪按結(jié)構(gòu)的不同可分為普通式和偏心式。 普通式撥禾輪結(jié)構(gòu)簡單，重量相對較輕，制造成本較低，大多數(shù)應(yīng)用于割曬機(jī)及中小型聯(lián)合收割機(jī)上，但其對倒伏作物的適應(yīng)能力較差，對收獲作物的打擊嚴(yán)重。它由撥板、輻條、拉筋、軸和軸承、支臂及支桿等組成。工作時，撥禾輪相對機(jī)器作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，撥板則起到撥禾、扶禾切割和撥送禾稈的作用。 偏心撥禾輪它由帶彈齒的管軸、主輻條（左、右兩組）、輻盤、副輻條、偏心盤、偏心吊桿、支承滾輪和調(diào)節(jié)桿等組成。 有關(guān)試驗證明：采用偏心撥禾輪收獲作物較普通撥禾輪可提高生產(chǎn)率20～30％，減少損失40～50％。該割草壓扁機(jī)采用偏心式撥禾輪。 4.2 撥禾輪的工作原理和參數(shù)確定 4.2.1 撥禾板的運(yùn)動分析 撥禾板是撥禾輪的主要工作部件，撥禾輪工作時，撥板隨機(jī)器前進(jìn)直線運(yùn)動，同時又繞撥禾軸作回轉(zhuǎn)運(yùn)動，因此撥禾輪撥板相對地面生長的作物是這兩種運(yùn)動的合成。為了使撥板進(jìn)入禾叢后對谷物有向后撥送作用，運(yùn)動絕對速度應(yīng)向后，即撥禾輪撥齒的圓周線速度大于機(jī)器的前進(jìn)速度，其運(yùn)動軌跡為余擺線。撥禾輪回轉(zhuǎn)的圓周速度與機(jī)器前進(jìn)速度之比為撥禾速比，用λ表示。其線環(huán)寬度因A值大小而改變：λ值越大，撥板引導(dǎo)和扶持作物的功能越強(qiáng)，割臺切割作物量越大，其線環(huán)越寬，但λ值太大，則撥齒和撥板撥禾時打擊作物力量過；反之，λ值越小則線環(huán)越小，撥禾能力越弱，增加了收割臺的損失。若λ=1時，則線環(huán)寬度為零，這時撥禾板不能起撥禾作用。撥禾板軌跡可用方程表示，設(shè)以撥禾輪軸心0I對地面的投影點為坐標(biāo)原點0，以地面線沿前進(jìn)方向為x軸，以過原點向上垂線為Y軸建立直角坐標(biāo)系。并令撥板由水平位置開始逆時針方向旋轉(zhuǎn)，則壓板端點的坐標(biāo)方程為： (4-1) (4-2) 式中—撥禾輪半徑，305mm； —機(jī)器前進(jìn)速度，2.15～4.16m/s； —撥禾輪角速度，14.95rad/s； —撥板由水平轉(zhuǎn)過的時間； —撥禾輪安裝高度，564mm； —割茬高度，80mm。 故，將各個數(shù)值代入公式得： 取上式對時間的導(dǎo)數(shù)，得到撥板水平分速度及豎直分速度隨撥板水平轉(zhuǎn)過的時間的方程式： 4.2.2 撥禾輪對牧草的作用 撥齒的入禾角和撥禾輪高度分析為了減少撥齒對牧草的碰擊，以減少擊落損失，要求撥禾輪撥齒開始接觸作物時，其絕對速度垂直向下，也就是說撥齒進(jìn)入禾叢時其水平分速度應(yīng)為()，即： (4-3) 移項得 滿足此條件的撥禾輪安裝高度可由下式導(dǎo)出 (4-4) 而為牧草的自然高度，則上式可寫成 (4-5) 式中 —撥禾輪半徑，305mm —作物高度(500—600mm) —割茬高度，80mm。 則撥禾輪的安裝高度為564—664mm，可通過改變調(diào)節(jié)桿的在撥禾輪架上的位置來進(jìn)行調(diào)整。 撥禾輪高度除滿足上述條件(撥齒入禾叢時水平分速度為零)外，還應(yīng)使撥板轉(zhuǎn)豎直狀態(tài)時撥齒作用在被割取禾桿的重心稍上方，以利于撥齒推禾和防止挑起禾桿。但在實際工作中，由于作物條件多變，往往上述兩項要求難以同時都得到滿足，則需要根據(jù)當(dāng)時作物狀況確定主、次要求進(jìn)行調(diào)整。 4.2.3 撥禾輪直徑的確定 撥禾輪直徑，系根據(jù)撥板進(jìn)入禾叢時其水平分速度為零及支持切割時撥板作用在禾桿重心稍上方的兩個條件而確定。 (4-6) 式中：—撥禾輪半徑 —作物高度（500～600mm） —割茬高度（80mm） 因此 (4-7) 式中：—撥禾輪直徑 —撥禾速比 (4-8) 將最大值600mm代入上式得撥禾輪的最大直徑，因偏心撥禾輪的撥齒較長(一般為200mm)，起到了加大撥禾輪直徑的作用。因此在直徑選擇上，一般較計算值為小，故取撥禾輪直徑為610mm。 5 割草壓扁機(jī)切割系統(tǒng)的分析研究 5.1 切割器的選擇 切割器的性能應(yīng)滿足如下要求，即切割順利、割茬整齊、無漏割、不堵刀、震動小、功率消耗小、結(jié)構(gòu)簡單和適應(yīng)性廣。根據(jù)切割器結(jié)構(gòu)及工作原理的不同可分為：往復(fù)式、圓盤式、甩刀式等。 往復(fù)式切割器結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、適應(yīng)能力強(qiáng)、作業(yè)幅寬大、縱向尺寸小。往復(fù)式割草壓扁機(jī)所需拖拉機(jī)配套動力相對較小，幅寬可選擇范圍大，機(jī)械造價相對較低，投資較小，所以割草壓扁機(jī)選用往復(fù)式切割器。 5.1.1往復(fù)式切割器的構(gòu)造 往復(fù)式切割器由往復(fù)運(yùn)動的割刀和固定不動的支承部分組成。割刀由刀桿、動刀片和刀桿頭等鉚合而成。刀桿頭與傳動機(jī)構(gòu)相連接，用以傳遞割刀的動力。固定部分包括護(hù)刃器梁、護(hù)刃器、鉚合在護(hù)刃器上的定刀片、壓刃器和摩擦片等。工作時割刀作往復(fù)運(yùn)動，其護(hù)刃器前尖將谷物分成小束并引向割刀，割刀在運(yùn)動中將禾稈推向定刀片進(jìn)行剪切。 5.1.2割刀傳動系統(tǒng) 圖5-1 割刀的傳動結(jié)構(gòu)原理圖 5.1.3 往復(fù)式切割器參數(shù)分析 往復(fù)式切割器基本上已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，切割器分為三種型式: Ⅰ型切割器：其，動刀片為光刃，刀片水平傾角為，護(hù)刃器為單齒，設(shè)有摩擦片。用于割草機(jī)。 Ⅱ型切割器：其，動刀片為紋齒刃，護(hù)刃器為雙齒，設(shè)有摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。 Ⅲ型切割器：其，動刀片為齒紋刃，護(hù)刃器為雙齒，無摩擦片。用于玉米聯(lián)合收割機(jī)。 所以苜蓿壓扁收獲機(jī)，選用往復(fù)式Ⅰ型切割器。 5.1.4切割器的參數(shù)分析與選取 切割速度Vc與進(jìn)給速度Vm，它們之間的關(guān)系用臨界切割速度比來描述，由運(yùn)動關(guān)系可知道，要想運(yùn)動的兩道之間即不重割，也不漏割則要使前刀尖A和后刀尖B的運(yùn)動軌跡重合此時的切割速度Vcp與進(jìn)給速度Vap的比值臨界切割速度比λp (5-1) 而，，將其代入整理后得 (5-2) 式中：—刃間節(jié)數(shù)，即相鄰兩動刀刃間的鏈節(jié)個數(shù)取偶數(shù)； —鏈節(jié)距，mm； —動刀有效切割高度，mm； —滑切角，大約30°。 這些參數(shù)均為切割器的基本參數(shù)，符合設(shè)計的要求。 圖5-2 割刀示意圖 5.2 切割壓扁機(jī)壓扁系統(tǒng)的設(shè)計研究 5.2.1 壓扁機(jī)構(gòu)的設(shè)計 苜蓿葉子小、莖桿粗，葉子與莖桿的水分蒸發(fā)不一致時，會出現(xiàn)葉子風(fēng)干現(xiàn)象，使葉子從莖桿上脫落，造成草質(zhì)量損失。為了解決這一問題，我們設(shè)計了壓扁系統(tǒng)，把割下的苜蓿的莖桿及時壓扁或壓裂，使充滿汁液的植物細(xì)胞暴露出，加速了水分的蒸發(fā)過程，從而加速了苜蓿的干燥，大大減少相應(yīng)的作業(yè)費(fèi)用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間。 圖5-3 壓輥結(jié)構(gòu) 6 割草壓扁機(jī)傳動系統(tǒng)的分析研究 6.1 傳動系統(tǒng)方案設(shè)計及主軸轉(zhuǎn)速確定 6.1.1 傳動系統(tǒng)的方案的設(shè)計 由于割草壓扁機(jī)要完成撥禾、切割、壓扁等對牧草收獲復(fù)式作業(yè)，傳動系統(tǒng)的設(shè)計比較復(fù)雜，要求結(jié)構(gòu)緊湊，功率消耗低，工作運(yùn)行平穩(wěn)。為此，根據(jù)割草壓扁機(jī)的撥禾輪傳動部分、切割傳動部分和壓扁傳動部分的要求完成的工作及結(jié)構(gòu)特點，并參照機(jī)械設(shè)計手冊選定傳動系統(tǒng)。 在苜蓿壓扁收獲中，一系列的要完成：撥禾，切割，壓扁，鋪成條狀。所以要求設(shè)計緊湊消耗少，以及達(dá)到平衡等。 動力由拖拉機(jī)輸出。由撥禾輪將苜蓿撥倒，通過往復(fù)式割刀進(jìn)行切割，牧草堆積到集草平面，上下壓扁輥轉(zhuǎn)動，擠壓牧草。 6.1.2 切割器的轉(zhuǎn)速確定 苜蓿植株較矮，莖干水分較多，所以收割時要求低割且需要的載荷較大，所以收割機(jī)要求割刀轉(zhuǎn)速快，割茬低，一般切割速度要到7～20m/s，切割器轉(zhuǎn)速n=580r/min。 6.2 傳動比及參數(shù)的確定 6.2.1 切割系統(tǒng)的傳動比的確定 20馬力拖拉機(jī)柴油機(jī)輸出皮帶輪的轉(zhuǎn)速=2200r/min，功率是15kw，帶動割草壓扁機(jī)上的皮帶輪傳動，傳動比為： (6-1) 其中：—割草壓扁機(jī)上皮帶輪的直徑； —柴油機(jī)輸出皮帶輪的直徑； 動力通過轉(zhuǎn)速箱后，傳遞給切割器的主動軸，到達(dá)減速箱轉(zhuǎn)速 所以傳動比i為： (6-2) 式中，根據(jù)相似設(shè)計法和結(jié)構(gòu)特點，?。? (6-3) (6-4) 式中：—小斜齒輪的齒數(shù)； —大斜齒輪的齒數(shù)； —小錐齒輪的齒數(shù)； —大錐齒輪的齒數(shù)； 取，，，.可得中間齒軸上的轉(zhuǎn)速，切割器主軸轉(zhuǎn)速達(dá)到要求。 由于軸的選材為Q235號鋼，所以查機(jī)械設(shè)計手冊可知Q235的許用扭切應(yīng)力為，，。經(jīng)校核設(shè)計的軸符合要求，可發(fā)以正常工作。 6.2.2 撥禾輪傳動比的確定 苜蓿被撥入割臺后，則需要及時的到達(dá)壓扁輥，一般撥禾的轉(zhuǎn)速不超過150r/min，鏈輪的傳動比不能大于7。 (6-5) 式中：； 由此可以得出撥禾帶的轉(zhuǎn)速 6.3 功率需求和傳動效率的確定 苜蓿壓扁收獲機(jī)的功率包括切割器的切割功率，撥禾功率，壓扁系統(tǒng)的壓扁功率。 6.3.1 切割系統(tǒng)的功率消耗 使刀片能最大限度的切割，取割副大約1.6m。所以鏈輪的圓周力為： (6-6) 所以，切割需要的功率為： (6-7) 動力由皮帶過帶輪傳遞給切割系統(tǒng)，取皮帶的傳動效率，斜齒圓柱齒輪的傳動效率，錐齒圓柱齒輪的傳動效率為，帶輪的傳動效率?？傻每傂蕿椋? (6-8) 所以切割系統(tǒng)的功率 (6-9) 6.3.2 壓扁系統(tǒng)功耗及傳動效率 壓扁輥將切割的牧草及時均勻壓扁。壓輥的壓力根據(jù)經(jīng)驗為0.39N/mm。所以功率： (6-10) 式中：—壓輥長度（1200mm）； —壓輥壓力（0.39N/mm）； —壓輥接觸點（8.12m/s）； 由于壓扁系統(tǒng)是由減速箱輸入軸上的鏈輪帶動的，所以壓扁系統(tǒng)傳動效率為： (6-11) 所以，壓扁系統(tǒng)的功率為 (6-12) 6.3.3 撥禾系統(tǒng)功率及傳動效率 撥禾系統(tǒng)所需要的功率較小，其計算公式是： (6-13) 式中：—撥禾輪的單位寬度切向力，經(jīng)驗為40； —撥禾輪的寬度，約為1.55； —撥禾輪的圓周速度，4.56； 所以可以得出 撥禾系統(tǒng)是由減速箱輸出軸上的帶輪帶動，總傳遞效率取皮帶傳動效率，直齒圓柱齒輪的傳動效率，錐齒圓柱齒輪的傳動效率，所以傳遞給撥禾輪的總效率： (6-14) 則撥禾系統(tǒng)的功率為 (6-15) 6.3.4 切割壓扁機(jī)所需的總功率 切割壓扁機(jī)所需的總功率 (6-16) 6.4 傳動設(shè)計計算 6.4.1 主動軸傳出的皮帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速2400r/min，大帶輪轉(zhuǎn)速2100r/min,。 （1）V帶型號的選擇：V帶型號應(yīng)根據(jù)計算功率和小帶輪轉(zhuǎn)速來選取，。計算功率是根據(jù)傳遞的功率，并考慮載荷的性質(zhì)以及每天運(yùn)轉(zhuǎn)時間的長短等因素來確定的。 (6-17) 式中：—計算功率，； —傳遞的額定功率，； —工作情況系數(shù)； 其中： =，，則計算出=。 （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取1為B型140mm，則根據(jù)傳動比算出=160mm （3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距 (6-18) 則最小=210mm 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長： (6-19) 得出=891.48。根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=900mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，故可采用下式做近似計算： (6-20) 計算得最小中心距=214mm （4）驗算主動輪上的包角： (6-21) 計算得=，符合要求 （5）確定帶的根數(shù) (6-22) 式中：—包角系數(shù)，考慮包角不同時的影響系數(shù)； —長度系數(shù)，考慮帶的長度不同時的影響系數(shù)； —單根V帶所能傳遞的功率，； —單根V帶時的功率增量，； 計算得=2根。 6.4.2 減速軸到壓扁輸送輥的皮帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速558.5r/min，傳動比2.5，則大帶輪轉(zhuǎn)速為233r/min。 （1）=2，根據(jù)公式（6-17）可得 。 （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型112mm，則根據(jù)傳動比算出=280mm。 （3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距。 據(jù)式（6-18）計算可得=275mm。 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長： 根據(jù)式（6-19）得=1191mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=305mm。 （4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。 （5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計算得：=根。 6.4.3 動軸到撥禾輪的帶輪組 小帶輪轉(zhuǎn)速533r/min，則大帶輪轉(zhuǎn)速為192r/min，則傳動比為2.5。 （1）=1.6，根據(jù)公式（6-17）可得 =2.08。 （2）確定帶輪的基準(zhǔn)直徑、：初選主動帶輪的基準(zhǔn)直徑。根據(jù)V帶型號，選取為A型100mm，則根據(jù)傳動比算出=278mm，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)帶輪直徑，選擇=280mm。 （3）確定中心距和帶的基準(zhǔn)長度：根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)需要初定中心距。 根據(jù)式（6-18）計算可得=266mm。 確定后，由帶傳動幾何關(guān)系，按下式計算所需帶的基準(zhǔn)帶長： 根據(jù)式（6-19）得=1159mm，根據(jù)選取和最相近的V帶的基準(zhǔn)長度，則=1250mm。再根據(jù)來計算實際中心距。由于V帶傳動的中心距是可以調(diào)整的，根據(jù)式（6-20）得最小中心距=312mm。 （4）驗算主動輪上的包角：根據(jù)式（6-21）得：，符合要求。 （5）確定帶的根數(shù)：根據(jù)式（6-22）計算得：=2根。 7 軸的設(shè)計計算 （1）求軸的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 ,， （2）初步確定軸的最小直徑 初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，根據(jù)表15-3，取,則： (7-1) （3）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 取， 大斜齒圓柱齒輪, 初步選滾動軸承 選單列圓錐滾子軸承，由工作要求和，初步選取標(biāo)準(zhǔn)精度級單列圓錐滾子軸承30208，其尺寸為， 擋油板，寬度，所以 取，，， （4）軸上零件周向定位 由，選用平鍵，由，選用平鍵， （5）求作用在齒輪上的力 大斜齒輪分度圓直徑， ，則： (7-2) (7-3) (7-4) （6）求軸上的載荷 軸的結(jié)構(gòu)圖做出軸的計算簡圖 （7）按彎矩合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險截面B）的強(qiáng)度。根據(jù)上表數(shù)據(jù)，以及軸單向旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為脈動循環(huán)變應(yīng)力，取，軸的計算應(yīng)力為： (7-5) 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)制處理,由表15-1查，因此，故安全。 (8)精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 判斷危險截面 截面C、V、D只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕確定的，所以C、V、VI、D均無需校核。 從應(yīng)力集中對軸的疲勞強(qiáng)度的影響來看，截面II、III處過盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來看，截面B上的應(yīng)力最大，截面II的應(yīng)力集中的影響和截面III相近，但截面II不受扭矩作用，故不必做強(qiáng)度校核。截面B上雖然應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大，故截面B也不必校核；截面IV顯然更不必校核；鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過盈配合的小，因而該軸只需校核截面III左右兩側(cè)即可。 截面III左側(cè) 抗彎截面系數(shù)； (7-6) 抗扭截面系數(shù)； (7-7) 截面III左側(cè)的彎矩M為：； (7-8) 截面III上扭矩； (7-9) 截面上的彎曲應(yīng)力； (7-10) 截面上的扭矩切應(yīng)力； (7-11) 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由查表得，，； 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)及查取，因，，經(jīng)插值后可查得，； 又由軸的材料的敏性系數(shù)，； 故有效應(yīng)力集中系數(shù)按式為： (7-12) (7-13) 由尺寸系數(shù)，由扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)； 軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為； 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即； 綜合系數(shù)為： (7-14) (7-15) 碳鋼的特性系數(shù)： 取 取 于是，計算安全系數(shù)值，按式得： (7-16) (7-17) (7-18) 故可知其安全。 截面III右側(cè) 抗彎截面系數(shù)； (7-19) 抗扭截面系數(shù)； (7-20) 截面III左側(cè)的彎矩M為：； (7-21) 截面III上扭矩； (7-22) 截面上的彎曲應(yīng)力； (7-23) 截面上的扭矩切應(yīng)力； (7-24) 過盈配合處的，用插值法求出，并取，于是得： ， (7-25) 軸按磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為； 綜合系數(shù)為： (7-26) (7-27) 所以，計算安全系數(shù)值，得： (7-28) (7-29) (7-30) 故該軸在截面III右側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。 總 結(jié) 飼草業(yè)具有巨大的生態(tài)效益、社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，越來越引起國家和地方的重視，但飼草量不足，質(zhì)量不高，主要原因是牧草收割機(jī)數(shù)量少，種類缺，價格比較高，收割費(fèi)用遲遲降不下來，手工作業(yè)占很大比重，這制約了我國牧草業(yè)的發(fā)展。我國割草壓扁機(jī)大多模仿外國產(chǎn)品開發(fā)研制的，工作性能不穩(wěn)，和國產(chǎn)拖拉機(jī)不配套；或者從國外直接進(jìn)口外國產(chǎn)品，有些功能開發(fā)不出來，浪費(fèi)了能源，這些都不適宜我國國情，我們國家農(nóng)牧民急缺小而靈活的適合家用的小型牧草收獲機(jī)械，基于這一點，在現(xiàn)有機(jī)具的基礎(chǔ)上，通過對中外文獻(xiàn)資料的查閱和收集和對部分國內(nèi)外牧草收獲機(jī)械的調(diào)研，根據(jù)農(nóng)牧民的實際需要，運(yùn)用現(xiàn)代設(shè)計方法設(shè)計了與中型拖拉機(jī)配套使用后置割草壓扁機(jī)，得出以下結(jié)論： 設(shè)計往復(fù)式割草壓扁機(jī)該機(jī)與20馬力拖拉機(jī)配套使用，幅寬1．66米，整機(jī)體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可一次性完成撥禾、切割等復(fù)式作業(yè)。集合了割草機(jī)，壓扁機(jī)的功能，簡化了機(jī)器結(jié)構(gòu)，大大減少相應(yīng)的作業(yè)費(fèi)用、能量消耗以及縮短青貯飼料所需的時間，對草地?zé)o任何負(fù)作用，提高收獲效率，適用于中小型牧草場。 采用偏心撥禾輪，將牧草垂直撥入割臺，并及時推向壓扁輥，減少了牧草損失。 致 謝 大學(xué)四年學(xué)習(xí)時光已經(jīng)接近尾聲，在李傳峰老師的細(xì)心指導(dǎo)下完成了我的畢業(yè)設(shè)計。李老師在設(shè)計的整體方案和設(shè)計重點等各個方面都給予了我大量的指導(dǎo)和幫助，在他的精心指導(dǎo)下，不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的畢業(yè)設(shè)計課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。在此表示誠摯的感謝和由衷的敬意。同時也要感謝學(xué)院每一位老師們給予了精心培養(yǎng)和指導(dǎo)，也給我提供了充足完備的條件和寶貴的學(xué)習(xí)交流機(jī)會，而且在生活方面還給予我極大的關(guān)懷，在此表示衷心的感謝！ 感謝我的母校塔里木大學(xué)給了我在大學(xué)的本科四年深造機(jī)會，讓我能繼續(xù)學(xué)習(xí)和提高。四年珍貴的學(xué)習(xí)期間，讓我的知識體系更加完善，思想觀念更加成熟，整體素質(zhì)得到了極大的鍛煉。在此我謹(jǐn)向我的指導(dǎo)老師以及在畢業(yè)設(shè)計過程中給予我很大幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意。 最后，向所有支持、關(guān)心、幫助我的人表示感謝！ 參考文獻(xiàn) [1] 機(jī)械設(shè)計手冊編委會. 機(jī)械設(shè)計手冊[M]. 機(jī)械工業(yè)出版社,2007.181-189. 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